BIM技術在辦公建筑中的節能設計優化策略

屈思嘉 華僑大學建筑學院碩士研究生，助理建筑師

韓曉琬 中國建筑科學研究院建筑設計院助理建筑師

綠色建筑的設計理念隨著我國近年來的建筑實踐不斷深入人心。加之國家政策的扶持、相關標準的完善，綠色建筑具有良好的發展前景。如今BIM技術的應用已經相對普遍，不僅促進了綠色建筑的可持續發展，也提供了高效、創新的分析與管理方法。辦公建筑屬于建筑工程規模較大、能源消耗和使用頻率較高的建筑[1]，而BIM技術的使用恰恰可以整合設計過程，統籌全局以減少不必要的能耗。如廣州周大福金融中心、武漢綠地中心、望京SOHO等辦公建筑設計。

1 相關理論概述

BIM技術是采用信息化模式將建筑工程項目在建設過程中的多個步驟綜合整合到同一軟件上，并以此來對施工的各個環節進行全面監控的現代化手段。BIM具有可視化、協同化、信息化3個方面的特點，主要體現在5個層面：3維可視化、增加項目團隊協同意識、及時準確地提供工程項目建設全過程的建筑信息、構建工程數據模型、構建實施管控模型[2]。

合理利用BIM技術對每個環節來說都至關重要。一方面，工程人員將與施工有關的數據進行整合處理，從而降低資源浪費，節約施工成本。另一方面，利用新技術和新手段強化生態建設，達到節能的目的。

2 BIM技術在工程各階段的應用

2.1 設計階段

BIM技術以其全面、精確、覆蓋面廣的優點，能夠將所有數據在同一界面完整地顯示出來，讓工程相關人員能夠直觀地了解到設計問題。收集和整合數據后，通過信息化手段進行高精度的測算，相關前期工作如場地分析、道路分析等，將抽象的空間數字化，使與建設有關的準備工作更加合理、有效。

在設計過程中，只需建立三維模型便可將所有方案設計條件涵蓋其中，對建筑的形體進行分析。模型建好后自動生成平面圖，減少傳統方案設計中的冗余步驟，使設計更加高效。BIM平臺還支持多種不同的能耗軟件，實現數據間的交互，對建筑的生態性能進行分析，如中國建筑科學研究院研發的PKPM-BIM機電相關軟件，基于BIM平臺實現了不同階段的節能計算。

2.2 施工階段

運用BIM技術能夠全面模擬施工情況，在施工前期的測算過程中，事先模擬好所需模型結構，并根據數據分析其內部函數關系，及時發現數據偏差，加以改正。這些優點可以有效避免工程返工、工程結果沒有實現預定目標等問題，有效節約施工成本。而且，BIM技術可詳細記錄每一個步驟的數據，及時對比分析、調整歸納，有利于提高工作效率，進行集中管理。

2.3 運維管理

BIM平臺的介入能夠極大提高建筑的運營管理效率。物業管理方可以通過BIM平臺快速了解建筑內不同空間的使用情況。同時，管理者可以通過可視化的三維空間模型對建筑空間進行合理的規劃與分配，如望京SOHO項目（圖1）中，利用物聯網進行實時數據采集，以能源管理為切入點，為物業管理者提供便利，實現多系統的融合[3]。

圖1 望京SOHO建筑信息總覽

面對建筑內來往復雜的人群，BIM通過安全管理模塊與視頻監控系統的對接，分別對內部和外部、不同等級人員進行管理，每天將建筑使用者的基本信息通過攝像頭采集傳送到數據庫中。BIM還可以對建筑內部水暖電設備進行遠程監測，通過BIM模型對設備進行精準定位，有利于設備的維護保養與節能降耗。

3 節能設計優化策略

3.1 項目建設環境評估

辦公建筑是員工日常長期停留的場所，良好的空氣和通風是員工高效辦公的前提。室內溫度要適宜，冬季室溫不宜低于16 ℃。舒適的光環境對于辦公相當重要，可采用人工光與自然光結合的方式滿足光源要求。

項目的前期設計依托BIM平臺對項目建設環境進行評估、分析，為創造舒適的辦公環境打下基礎。利用Ecotect、Green Building Studio、EcoDesigner等分析軟件輸入項目位置的地理信息，調取建筑所處環境的各類氣象參數，如：夏季空氣溫度、相對濕度、降水量、風速以及太陽輻射強度（圖2）等。通過這些數據能夠對建筑的日照、風、熱、聲環境展開模擬分析，從而輔助建筑形體的生成，使設計更加合理。例如，利用BIM軟件對建筑進行日照分析，可以直觀地得到不同建筑排布方案下的陰影分布及太陽輻射情況，最大限度地為辦公建筑提供自然采光。

圖2 利用Ecotect進行太陽輻射分析與風分析

3.2 性能與舒適度優化

隨著辦公建筑形體與使用功能的復雜化，傳統建筑能耗分析軟件已不能滿足設計需求。信息模型的建立可以對建筑能耗進行更為綜合的計算與分析，它可以將建筑位置、建筑圍護材料參數、熱工分區信息以及設備系統信息等儲存為信息模型，能耗模擬軟件通過讀取相應數據對建筑進行能耗模擬計算。例如，進行圍護結構深化設計時，可以設置并選取不同熱工參數的材料，驗證外墻、門窗、屋頂以及遮陽等部位的傳熱系數、遮陽系數等相關指標是否滿足節能要求，并通過比較選擇最適合、最節能的建筑外維護結構材料。BIM相關軟件還可以對工程量進行統計，將信息模型導入到算量軟件中，進行清單定額套取并計算工程量，從而獲得合理經濟范圍內的最優節能方案。

建筑物舒適度是對建筑環境進行模擬、評價、分析后做出的判斷。由于辦公建筑人員構成復雜，綜合協調難度較大，辦公樓除內部員工外，還包含大量來訪客人、安全管理及衛生服務人員等。依托BIM技術進行優化設計，提高辦公建筑的舒適程度，可以在最大限度上給不同辦公人群提供舒適的使用體驗。充分發揮BIM技術，不斷推動綠色建設，減少建筑過程中可能出現的問題。利用BIM技術將建筑工程以模擬的方式提前預估出方案的合理程度，提前將問題處理好。利用綠色建筑軟件，結合BIM模型對建筑的室內外環境要素進行模擬，對照綠色建筑評價標準進行各項評估，對未達標項進行修改，以滿足評分項要求，從而提升建筑舒適度。

3.3 建筑運營能耗管理

根據美國國家BIM標準委員會的資料，建筑物生命周期75%的成本發生在運維階段。辦公建筑具有設備運營能耗高的特征，原因為：（1）自動化程度高；（2）樓內設備多且復雜；（3）節假日與休息日需要正常運轉，供電不間斷。這些需求加大了設備的運營、管理、維護成本以及建筑整體能源消耗。尤其在北方地區，四季分明，冬季干冷，需要在辦公建筑中增設供暖設施。通過BIM技術，還可以在設備上安裝能耗檢測系統，即時檢測能耗異常，節省建筑運維成本，進而帶來經濟效益。同時，監測數據也可以被計入數據庫，結合綠色建筑能耗模型，通過數據模擬和分析技術進行多種條件下的運行能耗模擬預估，實現對綠色建筑運營期的能耗管理優化。

4 結語

BIM技術是科技化時代下的新型建筑施工技術，它可以最大程度地模擬施工狀況，提高工作效率。BIM技術的實施使得工程各部分的數據信息變得清晰明了，讓建筑施工變得專業化、精確化，使得工程管理具有專業性、標準性。基于BIM技術，提出辦公建筑節能設計的具體優化策略，強化建設工程項目的質量、安全、進度管控，將理論聯系到實際，更好地應用新技術、新手段。